(57)【要約】【課題】本発明は、光学素子を配置しないで、出射光線を出射面に垂直に出射させる導光板及び該導光板を使用するバックライトモジュールを提供する。【解決手段】本発明に係わる導光板は、一つの角切り部と、角切り部の側面である入射面と、該入射面と相隣接する出射面と、該出射面と対向する反射面とを含む。前記反射面には該導光板の外部に突出し、円弧形状で配列するＶ字型の微細機構を複数形成し、該Ｖ字型の微細機構は同一の中心を有し、且つ該入射面へ曲がるようにし、該Ｖ字型の微細機構は入射面との距離が大きいほど配列が密で、サイズが大きくなる。本発明の導光板及び光源が結合すると、伝統的なバックライトモジュールの効能を実現でき、高輝度で、出射光線の均一性が良い利点がある。本発明は、該導光板を使用するバックライトモジュールも提供する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの角切り部と、
角切り部の側面である入射面と、
該入射面と相隣接する出射面と、
該出射面と対向する反射面とを含む導光板において、前記反射面には該導光板の外部に突出し、円弧形状で配列するＶ字型の微細機構を複数形成し、該Ｖ字型の微細機構は同一の中心を有し、且つ該入射面へ曲がり、該Ｖ字型の微細機構は入射面との距離が大きいほど配列が密で、サイズが大きくなることを特徴とする導光板。
【請求項２】
前記円弧形状で配列するＶ字型の微細機構が連続するか、又は連続しない配列となっていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記入射面において、縦方向に周期的に配列する微細機構を配置したことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
【請求項４】
前記微細機構は、密に周期的に配列するＶ字型の微細機構、連続しないで周期的に配列するＶ字型の微細機構、または周期的に配列する円柱凸形の微細機構であることを特徴とする請求項３に記載の導光板。
【請求項５】
前記反射面には反射膜を鍍金することを特徴とする請求項１に記載の導光板。
【請求項６】
光源及び
一つの角切り部と、
角切り部の側面である入射面と、
該入射面と相隣接する出射面と、
該出射面と対向する反射面とを含む導光板を備えるバックライトモジュールにおいて、前記反射面には該導光板の外部に突出し、円弧形状で配列するＶ字型の微細機構を複数形成し、該Ｖ字型の微細機構は同一の中心を有し、且つ該入射面へ曲がり、該Ｖ字型の微細機構は入射面との距離が大きいほど配列が密で、サイズが大きくなることを特徴とするバックライトモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示分野に使用される導光板及びバックライトモジュールに関し、特にサイドライト式の導光板及びバックライトモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導光板は、入射面、反射面、出射面及び幾つかの側面を含め、液晶表示バックライトモジュールシステムの重要な部品であり、点光源（例えば、発光ダイオード）または線光源（例えば、冷陰極管）からの光線を一つの平面から出射させ、パネルの発光輝度及び均一性を高める。普通、導光板は合成樹脂で製作し、その基板の形状によって平板型、楔型と曲面型に分かれる。
【０００３】
導光板に入射した光線は、全反射原理によって、導光板内で伝わり、該光線が導光板の表面の微細機構に入射する時には、全反射条件が崩されることで該光線が導光板の出射面から出射する。疎密さと大きさが違う微細機構によって、導光板を均一に発光させるようになる。導光板の微細機構を製造する技術は印刷式と非印刷式の両方に分かれる。前記印刷式とは、印刷板を利用し、インクを導光板に印刷することを通じて、微細機構を製造するものである。前記非印刷式とは、微細機構を有する金型を使用して射出成型技術で直接に成型するものであり、製造が簡単で、精度が高く、今まで導光板を製造する技術の主流であった。非印刷式製作方法は、化学エッチング法、レーザ直写法及び精密機械加工法などに分けられる。
【０００４】
液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ, ＬＣＤ）が、携帯電話、車用表示器、パーソナルデジタルアシスタント（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ, ＰＤＡ）及びテレビ等の分野に広く応用されるに従って、導光板を主にするバックライト技術には、高輝度化、低コスト化、軽薄化等の方面において厳しい要求がなされた。
【０００５】
図１に示すように、今までの伝統的なバックライトモジュール１０は光源１１、導光板１３、反射板１２、拡散板１４、及び輝度を増やすための光沢板１５等の光学素子を含む。反射板１２は、散乱されない光線を導光板１３に反射させる。拡散板１４は、光線を均一に拡散させ、導光板の微細機構から形成されるスポット発生を防止する。輝度を増える光沢板１５は、光線を集まって、輝度を高めることができる。
【０００６】
しかし、光線の出射角度から見ると、前記導光板の設計は出射光線の角度をコントロールすることを考えていない。従って、導光板の出射面からの光線が出射面に垂直ではない。こういう光線には、拡散板１４及び輝度を増やすための光沢板１５などの光学素子を使用しなければならず、これによって出射面に垂直にＬＣＤへ入射し、実際使用する要求に満足するようになる。
【０００７】
図２及び図３に示すものは、特許文献１に掲示されるバックライトモジュール２０であり、その底面に光線を散乱する複数の凹部２２を備える導光板２1と、導光板２１の側面の中央に配置される光源２３と、導光板２１の上方に配置される拡散板２４と、導光板２１の下方に配置されるプリズムシート２５とを含む。プリズムシート２５の下表面には、Ｖ字型の凸部２６を有する、さらに、該下表面には、反射膜２７を形成する。前記凹部２２は、光源２３を中心にし、円弧形状で分布し、光源２３からの距離が大きいほど分布を密にする（図３に示すように）。前記構成から見ると、バックライトモジュール２０からの出射光線を液晶パネルに垂直に入射させるために、バックライトモジュール２０は、導光板２１を除いて、導光板の下方に膜を鍍金したプリズムシート２５を配置し、同時に前記導光板２１の上方に拡散板２４を配置する必要があるので、該バックライトモジュール２０の構成が複雑で、且つ光源２３が導光板２１の側面の中央に配置されるので、導光板からの出射光線の均一性を調節することが不便になる。
【０００８】
図４及び図５に示すものは、特許文献２に掲示されるバックライトモジュール３０であり、その底面に不連続的に分布する複数の凹部３２が形成される長方形の導光板３１と、導光板３１の頂角に配置されるＬＥＤ光源３３と、導光板３１の上方に配置される散乱プリズムシート３４と、導光板３１の下方に配置される反射板３５とを含む。前記凹部３２は、光源３３を中心にし、円弧形状で分布し、隣接する円弧間の距離は相等である（図５に示すように）。該バックライトモジュール３０の構成も複雑で、導光板３１の他に、反射板３５、プリズムと拡散板の効能を有する散乱プリズムシート３４を有する必要がある。
【０００９】
図６及び図７に示すものは、特許文献３に掲示されるバックライトモジュール４０であり、長方形の導光板４１と、導光板４１の頂角に配置されるＬＥＤ光源４３と、導光板４１の上方に配置されるプリズムシート４４と、導光板４１の下方に配置される反射板４５とを含む。導光板４１の底面には、ＬＥＤ光源４３を中心にする円弧形状で分布するＶ字型凹部４２を複数形成する。相隣接するＶ字型凹４２の距離は相等である。しかし、該バックライトモジュール４０は、導光板４１の他に、反射板４５、プリズム４４を有する必要があるので、構成が複雑で、導光板４１の底面に配置される凹部４２が出射光線の均一性を調節するのには不便がある。
【００１０】
従って、光学素子を配置しないで、出射光線を出射面から垂直に出射させる導光板及び該導光板を使用するバックライトモジュールを提供する必要がある。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００５８３８２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１３７８２４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／０１６９５８４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする第一の目的は、光学素子を配置しないで、出射光線を出射面から垂直に出射させる導光板を提供することである。
【００１２】
本発明が解決しようとする第二の目的は、前記導光板を使用するバックライトモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第一の目的を達成するために、本発明は、角切り部を有する導光板を提供する。該導光板は、一つの角切り部と、角切り部の側面である入射面と、該入射面と相隣接する出射面と、該出射面と対向する反射面とを含む。前記反射面には、該導光板の外部に突出し、円弧形状で配列するＶ字型の微細機構を複数形成し、該Ｖ字型の微細機構は同一の中心を有し、且つ該入射面へ曲がり、該Ｖ字型の微細機構は入射面との距離が大きいほど、配列が密で、サイズが大きくなる。
【００１４】
第二の目的を達成するために、本発明は、バックライトモジュールを提供する。該バックライトモジュールは、光源及び一つの角切り部と、角切り部の側面である入射面と、該入射面と相隣接する出射面と、該出射面と対向する反射面とを含む導光板を備える。前記反射面には、該導光板の外部に突出し、円弧形状で配列するＶ字型の微細機構を複数形成し、該Ｖ字型の微細機構は同一の中心を有し、且つ該入射面へ曲がり、該Ｖ字型の微細機構は入射面との距離が大きいほど、配列が密で、サイズが大きくなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明が提供する導光板では、先前技術と比べて、反射面において、Ｖ字型の微細機構の配列の設計が導光板からの出射光線をさらに良好に出射面に垂直に出射させ、光エネルギーの利用量が多くなる。前記導光板と高輝度を持つライン光源からなるバックライトモジュールは、輝度が良好になり、構成においては、伝統的なバックライトモジュールの反射板、拡散板、輝度を増やす光沢板などの光学素子を省けるので、構成が簡単になり、性能が良くなる。本発明は、Ｖ字型の微細機構の角度を調節することを通じて、出射光線の出射角度をコントロールできる。
【００１６】
本発明は、Ｖ字型の微細機構の大きさと配列の疎密を調節することを通じて、出射光線の輝度の均一性をコントロールできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、図面と実施例を参照して、本発明の導光板及びバックライトモジュールについて詳しく説明する。
【００１８】
図８及び図９を参照すると、本発明の第一の実施例は、頂角を切られた（角切り部）正方形平板の導光板５０を提供する。該導光板５０は光源５１に近接し、角切り部の側面である入射面５２と、該導光板５０の上表面であり、且つ入射面５２と相隣接する出射面５３と、該出射面５３と対向する反射面５４とを含む。本実施例の導光板５０は、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）で製作し、１４.１インチの液晶ディスプレイに使用される。切られる頂角は、等脚三角形である。本実施例の光源５１は、発光ダイオードを採用できる。
【００１９】
前記反射面５４において、該導光板５０の外部に突出し、該角切り部の頂点を中心とする円弧形状で配列するＶ字型の微細機構５４０を複数形成する。図１０に示すように、該Ｖ字型の微細機構５４０は、頂角θ３の範囲が４０〜９５度であり、反射面５４の属する平面と成す第一底角θ１、第二底角θ２の範囲がそれぞれ７０〜９０度、１５〜５０度である。本実施例においては、該Ｖ字型の微細機構５４０の頂角θ３が６２度であることが望ましく、第一底角θ１、第二底角θ２が、それぞれ８１度、３７度であることが望ましい。
【００２０】
出射光線の均一性を高めるために、前記Ｖ字型の微細機構５４０は、前記入射面５２との距離が大きくなるに従ってサイズが小から大になるように配列する。即ち、光源に近付くに従ってＶ字型の微細機構５４０が小さくなり、光源を離れるに従ってＶ字型の微細機構５４０が大きくなる。さらに、相隣接するＶ字型の微細機構５４０の間の距離Ｄが等しい。即ち、入射面５２に近付く相隣接するＶ字型の微細機構５４０の第一底角θ１と反射面５４の交点の間の距離が等しい。該距離Ｄは、最大の微細機構５４０の幅dに等しい。該微細機構５４０のサイズが大きくなる方式は、普通、非線形の規則に従い、出射光線の輝度の均一性に対する要求と導光板の材料の特性に応じて、設計される。
【００２１】
該Ｖ字型の微細機構５４０の幅ｄの範囲は、１〜３００μｍであり、このサイズでは、液晶ディスプレイを通じて導光板のＶ字型の微細機構５４０が肉眼で見えにくく、従って、伝統的なバックライトモジュールにおける拡散板を省ける。加工技術のレベルが高まるに従って、幅ｄも1μｍより小さいほうが良い。該導光板５０では、局部の透過光の輝度が高ければ、Ｖ字型の微細機構５４０の大きさ及び配列密度を下げることができる。該導光板５０では、局部の透過光の輝度が低ければ、Ｖ字型の微細機構５４０の大きさ及び配列密度を上げることができる。
【００２２】
光エネルギーの利用率を高めるために、反射面５４において、反射膜（図示せず）を設計でき、この反射膜は金属膜または誘導体膜であり、例えば、アルミニウム鍍金や銀鍍金等である。反射面５４及び突出するＶ字型の微細機構５４０は、膜を鍍金する技術を通じて、高い反射率を持つことができる。入射面５２を除く三つの側面は、高い反射率も持つべきであり、反射膜を鍍金することを通じて実現できる。
【００２３】
本発明の導光板の反射面における複数の曲がったＶ字型の微細機構は、同一の中心を持つが、該中心の位置に特別な要求はなく、複数の曲がるＶ字型の微細機構が、入射面に対して曲がりさえすればよい。
【００２４】
図１１を参照すると、本発明の第二実施例の導光板８０の反射面における複数の曲がったＶ字型の微細機構８４０は、同一の中心を持ち、該中心は、光源８１の左側にある。複数の曲がるＶ字型の微細機構８４０は、該導光板８０の入射面８２に対して曲がり、完全に該入射面８２を囲んで、入射面８２から入射するあらゆる光線が反射面における複数の曲がったＶ字型の微細機構８４０に反射される。
【００２５】
図１２を参照すると、本発明の第三実施例の導光板９０の反射面における複数の曲がったＶ字型の微細機構９４０は、同一の中心を持ち、該中心は、光源９１の右側にある。複数の曲がったＶ字型の微細機構９４０は、該導光板９０の入射面９２に対して曲がり、完全に該入射面９２を囲んで、入射面９２から入射するあらゆる光線が反射面における複数の曲がったＶ字型の微細機構９４０に反射される。
【００２６】
図１３を参照すると、本発明の第四実施例の導光板１００において、第一実施例の導光板８０と違うところは、該導光板１００の反射面（図示せず）における曲がったＶ字型の微細機構１０４が、連続しない曲線に沿って配列されるところである。
【００２７】
前記第二、第三、第四実施例の導光板は、光学素子を配置しないで、出射光線を出射面に垂直に出射させ、高輝度で、出射光線の均一性が良いという利点を持つ。
【００２８】
光源からの入射光線の均一性を高めるために、本発明では、導光板の入射面において、周期的に配列された微細機構を配置できる。図1４を参照すると、本発明の第五実施例の導光板１１０は、第一実施例の導光板の入射面１１２において、縦方向に周期的に配列されたＶ字型の微細機構１１４を配置する。該Ｖ字型の微細機構１１４は、その断面が同一の等脚三角形である細長い形状であり、その頂角の範囲は５０〜１５０度であり、高さは５００μｍ以下である。本実施例が提供する周期的に配列するＶ字型の好適な微細機構１１４は、その頂角が１２０度であり、その幅が０.２μｍである。
【００２９】
図１５に示すように、本発明が提供する導光板の入射面に配置される微細機構は、密に周期的に配列されたＶ字型の微細機構１２１、連続せずに周期的に配列されたＶ字型の微細機構１２３、密に周期的に配列された半円柱の微細機構１２５、及びその他の周期的に配列された微細機構等とできる。前記微細機構も、光源からの入射光線の均一性を高めることができる。
【００３０】
次に、試験データを参照して、本発明の各実施例が提供する導光板を詳しく説明する。
【００３１】
図１６は、第一実施例において、反射面だけに微細機構を配置する単一側照明の導光板からの出射光線の角度分布図であり、エネルギー量が大体中心から出射することが分かる。
【００３２】
図１７は、第一実施例において、反射面だけに微細機構を配置し、横軸（光線が伝わる方向）と縦軸（光線が伝わる方向に垂直な方向）に沿った規格化光強度の曲線図であり、これは出射光線の角度分布の状況を表す。図１７から見ると、前記横軸と前記縦軸に沿う二つの方向の角度が−２５度〜＋２５度にあれば、大部分の光線は導光板の出射面に垂直に出射することが分かる。従って、本発明が提供する一つの導光板と光源は、伝統的なバックライトモジュールの出射角度の要求を満足できる。
【００３３】
図１８は、第五実施例において、反射面と入射面に微細機構を配置した導光板からの出射光線の角度分布図であり、図１８を見ると、出射角度が大体中心付近に集まることが分かる。
【００３４】
図１９は、反射面と入射面に微細機構を配置した第五実施例において、横軸（光線が伝わる方向）と縦軸（光線が伝わる方向に垂直な方向）に沿った規格化光強度の曲線図であり、これは出射光線の角度分布の状況を表す。図１９から見ると、前記横軸と前記縦軸に沿う二つの方向の角度が−２５度〜＋２５度にあれば、大部分の光線は、導光板の出射面に垂直に出射することが分かる。従って、本発明が提供する一つの導光板と光源は、伝統的なバックライトモジュールの出射角度の要求を満足できる。
【００３５】
本発明が提供する導光板は、楔形にも設計できる。該導光板と点光源からなるバックライトモジュールは、高輝度で、均一性が良い利点を持つ。導光板の材料は、ポリメタクリル酸メチル以外にも、ポリカーボネート（ＰＣ）等の合成樹脂材料を採用しても良い。
【００３６】
本発明が提供する導光板では、反射面において、Ｖ字型の微細機構の設計が導光板からの出射光線をさらに良好に出射面に垂直に出射させ、光エネルギーの利用量が多くなる。前記導光板と点光源からなるバックライトモジュールは、輝度が良好になり、構成においては、伝統的なバックライトモジュールの反射板、拡散板、輝度を増やす光沢板などの光学素子を省けるので、構成が簡単になり、性能が良くなる。本発明は、Ｖ字型の微細機構の角度を調節することを通じて、出射光線の出射角度をコントロールできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】伝統的なサイドライト型のバックライトモジュールの構成図である。
【図２】特許文献１に掲示されるバックライトモジュールの断面の構成図である。
【図３】図２の導光板の反射面の微細機構を配列する構成図である。
【図４】特許文献２に掲示されるバックライトモジュールの断面の構成図である。
【図５】図４の導光板の反射面の微細機構を配列する構成図である。
【図６】特許文献３に掲示されるバックライトモジュールの断面の構成図である。
【図７】図６の導光板の反射面の微細機構を配列する構成図である。
【図８】本発明の第一実施例の導光板の下面図である。
【図９】図８のＶＩ−ＶＩ線に沿う概略断面図である。
【図１０】図９の局部ＶＩＩの拡大図である。
【図１１】本発明の第二実施例の導光板の下面図である。
【図１２】本発明の第三実施例の導光板の下面図である。
【図１３】本発明の第四実施例の導光板の下面図である。
【図１４】本発明の第五実施例の導光板の入射面の構成図である。
【図１５】本発明の導光板の入射面の三種類の微細機構の概略図である。
【図１６】本発明の第一実施例の導光板からの出射光線の角度の配列図である。
【図１７】本発明の第一実施例におけるＸ軸とＹ軸に沿った規格化光強度の曲線図である。
【図１８】本発明の第五実施例の導光板からの出射光線の角度の配列図である。
【図１９】本発明の第五実施例におけるＸ軸とＹ軸に沿って規格化光強度の曲線図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、２０、３０、４０  バックライトモジュール
１０４、１１４、１２１、１２３、５４０、８４０、９４０  Ｖ字型の微細機構
１１、２３、３３、４３  光源
１２、３５、４５  反射板
１２５  半円柱の微細機構
１３、２１、３１、４１  導光板
１４、２４  拡散板
１５  光沢板
２２、３２、４２  凹
２５、３４、４４  プリズムシート
２６  Ｖ字型の凸部
２７  反射膜
５０、８０、９０、１００、１１０  導光板
５１、８１、９１、１１１  光源
５２、８２、９２、１１２  入射面
５３  出射面
５４  反射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図１６】
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【図１８】
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